Δόμηση και περιβάλλον: βιώσιμα δομικά υλικά και η συμπεριφορά τους στο περιβάλλον

Abstract

Environmental prosperity and human health are directly related to the building materials used in all types of construction. The impact of the construction, transportation, installation and disposal of these building materials can be significant but very often overlooked. Urgent changes related to energy saving, emission of pollutants, production and use of these materials are therefore required. The use of renewables and the principles of recycling and re-use of building materials is essential. In addition, the development of new environmentally friendly materials and practices is of the utmost importance. Sustainability of building materials is essential in order to inherit the next generations of a better world.Modern building materials sustainability techniques are made up of practices to reduce the use of concrete by using renewable additives and aggregates, or by extending its service life in order to avoid its replacement. Since the concrete industry is one of the largest in the world, many researchers have turned their attention to this material. In addition, great efforts are being made in the field of naturally occurring materials, such as bamboo, as well as in the field of fully recyclable materials such as pellets and agricultural residues. Thus, the right answer to sustainability may not always be behind the new green materials, but rather behind the green use of conventional materials. A computational example of the life cycle assessment of two similar buildings, constructed with different frameworks (wood and concrete) has proved to be a very useful tool for the introspection of energy requirements and carbon dioxide emissions. The results show that over a fifty-year life cycle of a building, the choice of building material for its skeleton plays some role. Most of the environmental impact is occupied by the occupancy phase of the building, so the need to invest in energy-saving options such as better thermal insulation and more efficient air conditioning is urgently needed. The use of industrial by-products in the construction industry is now a rapidly growing technique, both in Greece and in the wider European area. In our country, the most common by-product is fly ash, which is a residue of burning solid coal in power plants. Annual production amounts to 11.5-12 million tonnes. The fly ashes of the Greek area, which are predominantly calcareous, have been experimentally studied for their attributes of concrete mixing. They exhibit hydraulic cement behavior and can replace part of the cement of a concrete composition, while improving some of the properties of the mixture and at the same time helping to reduce construction costs. In this thesis, the k-value factor for calcareous fly ash is investigated, for which there is no European standard to ensure its use. This coefficient is calculated on mixtures with different rates of ash-cement replacement, and indicates the amount of ash that works with hydraulic properties (as cement) in the mixture. The aim is to propose a range of this rate so that the fly ash can be used in ordinary works by private individuals without the need for further controls beyond the classical concrete.

Η περιβαλλοντική ευημερία και η ανθρώπινη υγεία σχετίζονται άμεσα με τα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε κάθε είδους κατασκευές. Ο αντίκτυπος της κατασκευής, μεταφοράς, εγκατάστασης και απόρριψης αυτών των δομικών υλικών μπορεί να είναι σημαντικός αλλά πολύ συχνά παραβλέπεται. Για το λόγο αυτό, απαιτούνται επείγουσες αλλαγές που σχετίζονται με την εξοικονόμηση ενέργειας, την εκπομπή ρύπων, την παραγωγή και την χρήση αυτών των υλικών. Η χρήση ανανεώσιμων πηγών και οι αρχές της ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης δομικών υλικών κρίνεται απαραίτητη. Επιπλέον, η ανάπτυξη νέων υλικών και πρακτικών, φιλικών προς το περιβάλλον, είναι ύψιστης σημασίας. Η αειφορία των δομικών υλικών είναι αναγκαία προκειμένου να κληροδοτήσουμε στις επόμενες γενιές έναν καλύτερο κόσμο.Οι σύγχρονες τεχνικές αειφορίας των δομικών υλικών απαρτίζονται από πρακτικές μείωσης της χρήσης σκυροδέματος με τη χρήση ανανεώσιμων πρόσθετων και αδρανών υλικών, ή επιμηκύνοντας τη διάρκεια ζωής του, προκειμένου να αποφευχθεί η αντικατάσταση του. Από τη στιγμή που η βιομηχανία σκυροδέματος είναι μία από τις μεγαλύτερες παγκοσμίως, πολλοί ερευνητές έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους προς αυτό το υλικό. Εκτός αυτού, μεγάλες προσπάθειες γίνονται στον τομέα των φυσικά απαντώμενων υλικών, όπως το μπαμπού, καθώς και στον τομέα των πλήρως ανακυκλώσιμων υλικών, όπως ο πυλός και τα γεωργικά υπολείμματα. Έτσι, η σωστή απάντηση για τη βιωσιμότητα μπορεί να μην κρύβεται πάντα πίσω από τα νέα πράσινα υλικά, αλλά αντίθετα πίσω από την πράσινη χρήση των συμβατικών υλικών.Ένα υπολογιστικό παράδειγμα αξιολόγησης του κύκλου ζωής δύο όμοιων κτιρίων, κατασκευασμένων με διαφορετικά πλαίσια (ξύλο και μπετόν) αποδείχθηκε σαν ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την ενδοσκόπηση των ενεργειακών απαιτήσεων και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά τη διάρκεια ενός πεντηκονταετούς κύκλου ζωής ενός κτιρίου, η επιλογή του δομικού υλικού του σκελετού του παίζει κάποιο ρόλο. Το μεγαλύτερο κομμάτι του περιβαλλοντικού αντίκτυπου το καταλαμβάνει η φάση της κατοίκησης του κτιρίου και έτσι κρίνεται επιτακτική η ανάγκη στην επένδυση επιλογών εξοικονόμησης ενέργειας, όπως είναι η καλύτερη θερμομόνωση και ο αποτελεσματικότερος κλιματισμός. Η χρήση βιομηχανικών παραπροϊόντων στον τομέα των κατασκευών αποτελεί πλέον μια ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνική, τόσο στον ελληνικό όσο και στον ευρύτερο ευρωπαϊκό χώρο. Στη χώρα μας, το πιο σύνηθες παραπροϊόν που παράγεται είναι η ιπτάμενη τέφρα, η οποία αποτελεί κατάλοιπο της καύσης στερεών ανθράκων σε εργοστάσια παραγωγής ενέργειας. Η ετήσια παραγωγή ανέρχεται στα 11,5-12 εκατομμύρια τόνους. Οι ιπτάμενες τέφρες του ελληνικού χώρου, που είναι κατά κύριο λόγο ασβεστιτικές, έχουν μελετηθεί πειραματικά για τις ιδιότητες που προσδίδουν σε ανάμιξή τους σε σκυρόδεμα. Παρουσιάζουν συμπεριφορά υδραυλικής κονίας και είναι δυνατό να αντικαταστήσουν μέρος του τσιμέντου μιας σύνθεσης σκυροδέματος, βελτιώνοντας κάποια χαρακτηριστικά του μίγματος και ταυτόχρονα συμβάλλοντας στη μείωση του κόστους κατασκευής. Στην παρούσα διατριβή διερευνάται ο συντελεστής k-value για ασβεστιτική ιπτάμενη τέφρα, για την οποία δεν υπάρχει ευρωπαϊκό πρότυπο που να διασφαλίζει τη χρήση της. Ο εν λόγω συντελεστής υπολογίζεται σε μίγματα με διαφορετικά ποσοστά αντικατάστασης τσιμέντου με τέφρα, και υποδεικνύει το ποσό της τέφρας το οποίο λειτουργεί με υδραυλικές ιδιότητες (ως τσιμέντο) στο μίγμα. Σκοπός είναι να προταθεί ένα εύρος τιμών αυτού του συντελεστή, ώστε να είναι δυνατή η χρήση της ιπτάμενης τέφρας σε συνήθη έργα από ιδιώτες, χωρίς να χρειάζονται περαιτέρω έλεγχοι, πέραν των κλασικών του σκυροδέματος.